Детали блога

Вопрос звучит просто: сколько 2 нм чипов можно сделать из одногоКремниевые пластинки размером 300 мм?
На самом деле ответ на этот вопрос раскрывает намного больше о современном полупроводниковом производстве, чем одно число.и физические ограничения передовых процессов.

В этой статье представлен реалистичный, ориентированный на технику расчет, отделяющий теоретические максимумы от того, что фактически оставляет полупроводниковый завод.

1Что на самом деле означает 2 нм?

Несмотря на свое название, технологический узел 2 нм не представляет собой буквальное физическое измерение.и энергоэффективности, а не фактических длин ворот.

Типичный процесс 2 нм-класса включает в себя транзисторы или транзисторы нанолистов, эффективные длины ворот порядка десятков нанометров и широкое использование экстремальной ультрафиолетовой литографии.В результате, площадь прокладки, а не маркировка узла, является основным фактором, определяющим количество чипов, помещаемых на пластине.

2. Используемая площадь 300 мм вафель

Стандартная 300-мм пластина имеет радиус 150 мм, что дает общую геометрическую площадь примерно 70 685 мм2.

В реальной производственной среде может быть использовано от 94 до 96 процентов пластины, оставляя примерно от 66 000 до 68 000 штук.000 мм2 для матриц.

3. Размер пленки: ключевая переменная

В узле 2 нм размеры штампов сильно варьируются в зависимости от применения.

Высокопроизводительные мобильные процессоры обычно занимают от 80 до 120 мм2. Логические чиплетты намного меньше, часто в диапазоне от 25 до 40 мм2.может превышать 300 мм2 и иногда приближаться к 500 мм2 или более.

Эти различия доминируют в результатах счета чипов.

4Сценарий А: Мобильный 2 нм SoC

Рассмотрим мобильную систему-на-чипе с площадью изображения примерно 100 мм2.

Разделяя площадь используемой пластины на размер пластины, получается примерно 680 пластинок.

Для больших передовых узлов SoC реалистичная доходность часто колеблется от 70 до 80 процентов после того, как процесс созревает.

В результате получается примерно от 420 до 500 полностью функциональных чипов на пластину.

5Сценарий Б: Дизайн на основе чиплета

Архитектура чиплета значительно улучшает эффективность пластин.

Для 30 мм2 логического чиплета одна и та же пластина теоретически может вместить более 2200 матриц.

Поскольку мелкие штампы менее чувствительны к дефектам, урожайность обычно достигает 90 - 95%.

Это приводит к производству примерно от 1800 до 2000 хороших чиплет на вафлю, что объясняет, почему стратегии, основанные на чиплет, становятся доминирующими на продвинутых узлах.

6Сценарий C: Большой вычислительный ИИ умирает

Большие процессоры ИИ подталкивают экономику пластинок до предела.

С размером пленки 500 мм2, пластина может вместить только от 110 до 120 валовых пленки после потерь края.

В результате из одной пластинки можно получить только от 45 до 70 полезных чипов, что напрямую способствует высокой стоимости передового оборудования ИИ.

7Роль плотности дефектов

Урожайность тесно связана с плотностью дефектов. Упрощенная модель урожая показывает, что урожайность уменьшается экспоненциально с увеличением площади проката.

Даже очень низкая плотность дефектов может значительно повлиять на большие штампы.

8Почему максимальное количество чипов вводит в заблуждение

Чисто геометрические вычисления игнорируют многие факторы реального мира, включая линии писара, тестовые структуры, схемы избыточности и сборки производительности.

Чипы из одной и той же пластины могут отличаться по скорости, потреблению энергии и толерантности к напряжению.

9Реалистичные результаты на первый взгляд

Для 300-миллиметровой пластины на 2 нм узле реалистичные результаты примерно:

• От 45 до 70 хороших штампов для больших процессоров ИИ

• От 420 до 500 хороших штампов для мобильных ЦО

• 1От 800 до 2000 хороших логических чиплеттов

Эти цифры отражают реалии производства, а не теоретические ограничения.

10Смотреть за рамки чисел

На 2 нм узле прогресс больше не зависит только от уменьшения характеристик. Он зависит от качества материалов, плоскости пластины, контроля дефектов и передовых стратегий упаковки.

Более значимый вопрос - это уже не сколько чипов поместится на вафле, а сколько высокопроизводительных, надежных,и экономически жизнеспособные чипы могут пережить весь производственный процесс от роста кристаллов до окончательной упаковки.